CN114272521A - 一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 - Google Patents
一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114272521A CN114272521A CN202111484583.6A CN202111484583A CN114272521A CN 114272521 A CN114272521 A CN 114272521A CN 202111484583 A CN202111484583 A CN 202111484583A CN 114272521 A CN114272521 A CN 114272521A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target
- liquid
- lithium
- back wall
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 120
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 112
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法，液态锂靶系统包括靶室和辅助系统；靶室包括依次连接的进液靶管、喷嘴、凹背墙和出液靶管；辅助系统包括与出液靶管依次连接的储锂槽、节流阀，节流阀与进液靶管连接，从而使辅助系统形成为靶室的供锂循环回路；进液靶管包括一段与喷嘴邻接的扩径管道；喷嘴包含沿扩径管道的出口至凹背墙的方向厚度渐缩的喷嘴通道；喷嘴通道的起始段与扩径管道的出口处相连，喷嘴通道的中后段沿凹背墙的起始弧段切线方向平滑过渡至与凹背墙相连，形成起始流道，起始流道的曲率半径为凹背墙的起始弧段的曲率半径的80％～120％。液态锂靶系统能够产生厚度稳定、可调节的锂膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法。
背景技术
BNCT治疗中子源主要由质子加速器、中子靶和束流整形模块构成，其中，中子靶常用锂或铍等金属薄膜做为靶材，锂靶分为固态锂靶和液态锂靶。固态锂靶是当前的主流技术，具有设备简单、造价低等优点。固态锂靶一般覆盖在铜基材上，锂靶厚度通常为20-50μm，由于固态锂熔点低(179℃)、导热性差，锂膜在中子轰击下容易融化和蒸发，不仅使用寿命较短，运行时不稳定，而且造成7Be同位素扩散和γ辐射污染的问题。为此，固态锂靶必须配备高效冷却设备以确保锂靶的运行温度低于锂的熔点，使用和维护成本较高。
液态锂靶是较为理想的BNCT中子靶系统。液态锂的流动性很好，运动粘度与水相当。液态锂靶利用流动的液态锂形成厚度均匀的锂膜，锂膜的厚度、均匀性取决于锂的流动特性、喷嘴的结构和人为设定的流动参数，在使用过程中锂膜的厚度不会受到锂融化或蒸发等不可控因素的影响，因而可以延长使用寿命；此外，液态锂靶在长期使用时能保持稳定的厚度，从而保证中子源长期稳定提供BNCT治疗所需的中子通量；液态锂靶的优势还在于其厚度可以根据不同的工况方便地进行控制调节。
然而目前液态锂靶制备系统还停留在概念阶段，没有成功的实施案例。实用新型专利CN201922254176.0介绍了一种BNCT液态锂靶装置，但没有介绍如何产生稳定、可调的液态锂靶。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何产生液态锂靶，而提供了一种液态锂靶系统，本发明的液态锂靶系统和流动的液态锂靶形成方法能够产生稳定、可调的液态锂靶。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液态锂靶系统，所述液态锂靶系统包括靶室和辅助系统；
所述靶室包括依次连接的进液靶管、喷嘴、凹背墙和出液靶管；
所述辅助系统包括与所述出液靶管依次连接的储锂槽、节流阀，所述节流阀与所述进液靶管连接，从而使所述辅助系统形成为所述靶室的供锂循环回路；
所述进液靶管包括一段与所述喷嘴邻接的扩径管道；
所述喷嘴包含沿所述扩径管道的出口至所述凹背墙的方向厚度渐缩的喷嘴通道；
所述喷嘴通道的起始段与所述扩径管道的出口处相连，所述喷嘴通道的中后段沿所述凹背墙的起始弧段的切线方向平滑过渡至与所述凹背墙相连，形成一起始流道，所述起始流道的曲率半径为所述凹背墙的起始弧段的曲率半径的80％～120％。
本发明中，较佳地，所述靶室还包括与所述凹背墙配合的质子束入管，所述质子束入管与所述凹背墙连通形成反应腔，所述喷嘴通道由所述凹背墙和所述反应腔的腔壁围合形成。
本发明中，较佳地，所述喷嘴通道出口处的厚度为0.5mm至2mm。
本发明中，较佳地，所述喷嘴通道的宽度不大于所述凹背墙的宽度，优选地，所述喷嘴通道的宽度为10～100mm，例如50mm。
本发明中，较佳地，所述喷嘴通道的长度为所述凹背墙的长度的5-40％，更佳地，为所述凹背墙的长度的20％。
本发明中，较佳地，所述扩径管道的直径为所述喷嘴通道的宽度的1.1-5倍。
其中，所述喷嘴的最大半径为与所述扩径管道相连处的喷嘴的半径。
本发明中，较佳地，起始流道的末端的曲率半径与所述凹背墙的起始弧段的曲率半径相等，更佳地，所述凹背墙的起始弧段的曲率半径为20～150mm。
本发明还提供了一种流动的液态锂靶的形成方法，所述流动的液态锂靶的形成方法采用前述的液态锂靶系统进行，所述形成方法包括如下步骤：
所述储锂槽中的液态锂，经所述节流阀输送至所述进液靶管，然后经所述扩径管道后，至所述喷嘴流出，在所述凹背墙的内表面形成流动的液态锂靶，多余的液态锂经所述出液靶管循环至所述储锂槽。
本发明中，较佳地，所述流动的液态锂靶的形成方法中，所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的流速为1～40m/s，优选为3～30m/s。
本发明中，较佳地，所述流动的液态锂靶的形成方法中，所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的温度为190～340℃，优选为200～250℃。
本发明中，较佳地，所述流动的液态锂靶的形成方法中，所述液态锂在所述扩径管道中的停留时间为0.5s-120s。
本发明中，较佳地，所述流动的液态锂靶的形成方法中，所述液态锂靶的液膜厚度为0.5～2mm。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：可产生厚度稳定、可方便调节的锂膜。
附图说明
图1为实施例1中液态锂靶系统的整体结构图。
图2为实施例1中液态锂靶系统的靶室局部结构图。
图3为实施例1中液态锂靶系统的靶室局部结构的左视图。
图4为实施例1中液态锂靶系统的靶室局部结构的俯视图。
图1～图4中附图标记说明如下：
1-储锂槽，2-节流阀，3-进液靶管，4-出液靶管，5-靶室，
501-扩径管道，502-喷嘴，5021-喷嘴通道，5051-凹背墙起始弧段，505-凹背墙，506-反应腔的腔壁，507-质子束入管。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
在实施例1中，液态锂靶系统包括靶室5和辅助系统；
靶室5包括依次连接的进液靶管3、喷嘴502、凹背墙505和出液靶管4；
辅助系统包括与出液靶管4依次连接的储锂槽1、节流阀2，节流阀2与进液靶管3连接，从而使辅助系统形成为靶室5的供锂循环回路；
进液靶管3包括一段与喷嘴502邻接的扩径管道501；喷嘴502包含沿扩径管道501的出口至凹背墙505的方向厚度渐缩的喷嘴通道5021；喷嘴通道5021的起始段与扩径管道501的出口处相连，喷嘴通道5021的宽度等于凹背墙505的宽度，喷嘴通道5021的中后段沿凹背墙的起始弧段5051的切线方向平滑过渡至与凹背墙505相连，形成一起始流道。起始流道的末端的曲率半径与凹背墙的起始弧段5021的曲率半径相等。
靶室5还包括与凹背墙505配合的质子束入管507，质子束入管507与凹背墙505连通形成反应腔，喷嘴通道5021由凹背墙505和反应腔的腔壁506围合形成。
在实施例1中，
储锂槽1中的液态锂，经节流阀2输送至进液靶管3，然后经过扩径管道501后，至喷嘴502流出，在凹背墙505的内表面形成流动的液态锂靶，多余的液态锂经出液靶管4循环至储锂槽1。
上述表1的具体参数见表1。
实施例1中用高速相机测量液膜边缘与中央厚度偏差。用电磁流量计测量管道内液态锂的流量(L/min)，除以喷嘴502的横截面换算得到液态锂靶的流速(m/s)。用热电偶测量液态锂的温度。
其中，液膜的厚度为液膜中央与边缘的平均厚度，计算方法为：
液膜中央与边缘的厚度偏差的计算方法为：
实施例2～5
在实施例2～5中，采用如实施例1中所述液态锂靶系统，具体参数见表1。根据表1数据可知，实施例1～5均形成了稳定的液态锂膜。
对比例1～8
在对比例1～8中，采用如实施例1中所述液态锂靶系统，具体参数见表1。
对比例1表明液态锂在扩径管道501中的停留时间太短会导致液态锂在凹背墙505上形成湍流，液膜不稳定，且液膜中央与边缘的厚度偏差较大。
对比例2～3表明液态锂在喷嘴502出口处的流速太慢或太快会导致液态锂在凹背墙505上形成断流或者导致液态锂的液滴飞溅、起雾，无法产生液膜。
对比例4～5表明当喷嘴通道5021出口处的厚度太厚或者喷嘴通道5021的宽度太宽都会使得液态锂在凹背墙505上形成断流，无法产生液膜。
对比例6表明喷嘴通道5021出口处的厚度太薄会导致液态锂在凹背墙505上发生液滴飞溅、起雾，无法产生液膜。
对比例7～8则表明喷嘴502的出口处温度过低会导致液态锂在凹背墙505上断流，无法产生液膜。温度过高则会使得液态锂在凹背墙505上虽然能产生液膜，但是会发生起雾现象，液膜不稳定。
表1液态锂靶系统结构参数
Claims (10)
1.一种液态锂靶系统，其特征在于，所述液态锂靶系统包括靶室和辅助系统；
所述靶室包括依次连接的进液靶管、喷嘴、凹背墙和出液靶管；
所述辅助系统包括与所述出液靶管依次连接的储锂槽、节流阀，所述节流阀与所述进液靶管连接，从而使所述辅助系统形成为所述靶室的供锂循环回路；
所述进液靶管包括一段与所述喷嘴邻接的扩径管道；
所述喷嘴包含沿所述扩径管道的出口至所述凹背墙的方向厚度渐缩的喷嘴通道；
所述喷嘴通道的起始段与所述扩径管道的出口处相连，所述喷嘴通道的中后段沿所述凹背墙的起始弧段的切线方向平滑过渡至与所述凹背墙相连，形成一起始流道，所述起始流道的曲率半径为所述凹背墙的起始弧段的曲率半径的80％～120％。
2.如权利要求1所述的液态锂靶系统，其特征在于，所述靶室还包括与所述凹背墙配合的质子束入管，所述质子束入管与所述凹背墙连通形成反应腔，所述喷嘴通道由所述凹背墙和所述反应腔的腔壁围合形成。
3.如权利要求1所述的液态锂靶系统，其特征在于，所述喷嘴通道的出口处的厚度为0.5mm至2mm；
和/或，所述喷嘴通道的宽度不大于所述凹背墙的宽度，优选地，所述喷嘴通道的宽度为10～100mm，例如50mm。
4.如权利要求1或2所述的液态锂靶系统，其特征在于，所述喷嘴通道的长度为所述凹背墙的长度的5-40％，较佳地，为所述凹背墙的长度的20％。
5.如权利要求1所述的液态锂靶系统，其特征在于，所述扩径管道的直径为所述喷嘴通道的宽度的1.1-5倍。
6.如权利要求1所述的液态锂靶系统，其特征在于，所述起始流道的末端的曲率半径与所述凹背墙的起始弧段的曲率半径相等；
较佳地，所述凹背墙的起始弧段的曲率半径为20～150mm。
7.一种流动的液态锂靶的形成方法，其特征在于，其采用权利要求1～6任意一项的液态锂靶系统进行，所述形成方法包括如下步骤：
所述储锂槽中的液态锂，经所述节流阀输送至所述进液靶管，然后经所述扩径管道后，至所述喷嘴流出，在所述凹背墙的内表面形成流动的液态锂靶，多余的液态锂经所述出液靶管循环至所述储锂槽；
所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的流速为1～40m/s；
所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的温度为190～340℃。
8.如权利要求7所述的流动的液态锂靶的形成方法，其特征在于，所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的流速为3～30m/s；
和/或，所述液态锂从所述喷嘴的出口处流出时的温度为200～250℃。
9.如权利要求7所述的流动的液态锂靶的形成方法，其特征在于，所述液态锂在所述扩径管道中的停留时间为0.5s-120s。
10.如权利要求7所述的流动的液态锂靶的形成方法，其特征在于，所述液态锂靶的液膜厚度为0.5～2mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111484583.6A CN114272521B (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111484583.6A CN114272521B (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114272521A true CN114272521A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114272521B CN114272521B (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=80871094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111484583.6A Active CN114272521B (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114272521B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013242207A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd | 液体金属ターゲット形成装置及び中性子発生装置 |
| JP2014220033A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-11-20 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 液体金属ターゲット、中性子発生装置及びその制御方法 |
| CN211536248U (zh) * | 2019-12-16 | 2020-09-22 | 成都达信成科技有限公司 | 一种bnct液态锂靶装置 |
| CN113347776A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-09-03 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种用于基于加速器中子源系统的水冷固态锂靶 |
-
2021
- 2021-12-07 CN CN202111484583.6A patent/CN114272521B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013242207A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd | 液体金属ターゲット形成装置及び中性子発生装置 |
| JP2014220033A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-11-20 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 液体金属ターゲット、中性子発生装置及びその制御方法 |
| CN211536248U (zh) * | 2019-12-16 | 2020-09-22 | 成都达信成科技有限公司 | 一种bnct液态锂靶装置 |
| CN113347776A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-09-03 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种用于基于加速器中子源系统的水冷固态锂靶 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 曹小岗;魏强林;韩磊;马小春;张志艳;韦建军;富均;: "液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用", 核聚变与等离子体物理, no. 03, 15 September 2018 (2018-09-15) * |
| 薛晓艳;张卫卫;左浩毅;欧巍;曹小岗;杨党校;陈顺礼;苟富均;: "液态锂回路的研究及实验", 核聚变与等离子体物理, no. 04, 15 December 2016 (2016-12-15) * |
| 黄明;左桂忠;孟献才;任君;孙震;徐伟;胡建生;: "流动液态锂回路的设计与初步实验研究", 核聚变与等离子体物理, no. 03, 15 September 2017 (2017-09-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114272521B (zh) | 2024-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1801256A1 (en) | Hybrid plasma-cold spray method and apparatus | |
| SE445651B (sv) | Forfarande for applicering av partiklar av ett vermebestendigt material pa ett substrat och anordning for genomforande av forfarandet | |
| KR20230162084A (ko) | 구상화 구리 또는 다른 금속 분말의 마이크로파 플라즈마 처리 | |
| CN106868471B (zh) | 一种双光束快速制备石墨烯图形的方法及装置 | |
| CN104308648A (zh) | 一种用于切削加工过程冷却的超音速低温气流发生装置 | |
| CN114272521A (zh) | 一种液态锂靶系统及流动的液态锂靶的形成方法 | |
| CN114043091B (zh) | 一种丝粉同轴送进的激光增材制造装置 | |
| CN110783662B (zh) | 一种具有高散热功能的电池箱系统及控制方法 | |
| KR100805354B1 (ko) | 액체 원료 기화 장치 | |
| CN109362168A (zh) | 一种用于形成膜流的液体靶引导件 | |
| Mondal et al. | Improving water removal efficiency in a PEM fuel cell: Microstructured surfaces for controlling instability-driven pinching | |
| Jiang et al. | The flow and forming mechanism in the bypass hybrid variable polarity plasma arc additive manufacturing | |
| US6242049B1 (en) | Sealable stagnation flow geometries for the uniform deposition of materials and heat | |
| CN210899785U (zh) | 一种双频热等离子体射流发生装置 | |
| CN214747283U (zh) | 坩埚水冷机构 | |
| JP2010533964A (ja) | ガスの冷却のための方法および装置 | |
| CN206181522U (zh) | 均匀流场水冷夹套 | |
| CN102978583B (zh) | 一种钨管的制造方法 | |
| CN207930949U (zh) | 一种用于小口径管的快速冷却装置 | |
| CN116460392A (zh) | 一种稳定磁场辅助电弧增材制造的装置及方法 | |
| Abukawa et al. | Effect of powder injection of deposit efficiency in plasma spraying | |
| JP2024064242A (ja) | 蒸気発生器 | |
| CN106133208A (zh) | 硅熔体中控制热流的装置 | |
| KR101710939B1 (ko) | 전구체를 균일하게 공급하는 기능이 구비된 광촉매 박막을 제조하는 제조장치 및 그 제조방법과 이를 광전극으로 이용하는 물분해 장치 | |
| RU44444U1 (ru) | Жидкометаллическая мишень |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |